РАЗДЕЛ 3 Программное обеспечение микропроцессорных систем

 

ТЕМА 3.1 Типовая структура микроЭВМ.

 

ЗАНЯТИЕ 3.1.1 Два способа организации микроЭВМ: с разными шинами данных и адреса и с мультиплексированной шиной данных и адреса.

 

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Общие сведения о микроЭВМ. Функциональные блоки и организация управления в микроЭВМ.

2. Способ организации микроЭВМ с раздельными шинами адреса и данных.

3. Способ организации микроЭВМ с мультиплексированной шиной данных и адреса.

 

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

Организация микроЭВМ на базе типовых микро­процессорных комплектов определяется принципами формирования МПК, организацией системы памяти, системы ввода-вывода, системы прерываний, архи­тектурными особенностями микропроцессора и неко­торыми характеристиками БИС МПК. Однако основ­ное влияние на организацию микроЭВМ оказывают способы реализации передачи данных и адресов меж­ду микропроцессором и другими компонентами микро­ЭВМ. С этой точки зрения различают два способа ор­ганизации микроЭВМ: с раздельными шинами данных и адреса; с мультиплексированной шиной данных и ад­реса.

Микропроцессорные интегральные схемы (МП ИС) и мик­ро-ЭВМ, построенные на их основе, явились следствием бурного развития микроэлектроники, позволившего в од­ном кристалле полупроводника размещать сложные вычислительные структуры, содержащие десятки тысяч транзисторов. Изготовление больших интегральных схем (БИС) сопряжено с трудоемкой работой по разработке схем, фотошаблонов и подготовкой производства и служб контроля технологических параметров и характеристик БИС. Снижение себестоимости БИС возможно лишь при максимальной автоматизации этапов, предшествующих их изготовлению, и массовости производства. Массовое производство БИС предполагает широкий спрос потребителя, а следовательно, возможность ее использования для большого круга решаемых задач. Микропроцессорные БИС (МП БИС) представляют тот класс интегральных схем, который сочетает в себе высокую степень интеграции, обеспечивающую огромные функци­ональные возможности, с большой универсальностью по применению. Достигается универсальность тем, что в МП БИС реа­лизованы сложные устройства, позволяющие выполнять над исходными числами ло­гические и арифметические функции, при этом управ­ление процессом вычисления ведется программно. Измене­ние программы вычисления позволяет осуществить вы­числение любой сложной функции.

Если рассмотреть схему микро-ЭВМ (рис. 1), то можно прийти к выводу, что в ней содержатся те же блоки, на которых строились вычис­лительные машины предыду­щих поколений.

Рис. 1. Схема микро-ЭВМ.

 

Однако микро-ЭВМ имеет некоторое архитектурное отличие от пред­шествующих ЦВМ, обусловленное стремлением объеди­нить в БИС, на которых строится микро-ЭВМ, узлы и бло­ки, способные проводить сложные преобразования инфор­мации при минимальном количестве внешних проводни­ков. Эта особенность обусловлена возможностью построе­ния в БИС сложных электронных схем при ограничении по числу внешних проводников, не превышающих, как правило, 50 или 100 контактов.

Структура процессора микро-ЭВМ строится с учетом этих особенностей БИС. Наиболее распространенной явля­ется схема микро-ЭВМ, имеющая две или три общие ма­гистрали, к которым под воздействием устройства управ­ления могут поочередно подключаться входящие в микро­процессор узлы. Такая структура требует ограниченного числа внешних контактов, но обмен информацией между узлами и блоками должен осуществляться в определенной последовательности.

В микро-ЭВМ процессор строится на БИС, образующих базовый МП-комплект. Процессор микро-ЭВМ может быть реализован в виде одной (однокристальный микро­процессор) или нескольких БИС (многокристальный мик­ропроцессор) .

Для построения остальных блоков микро-ЭВМ исполь­зуются специализированные БИС или ИС средней степени интеграции. Основные типы ИС, применяемых в микро-ЭВМ, могут быть отнесены к одной из четырех групп: базо­вый микропроцессорный комплект (МПК) ИС; ИС запоми­нающих устройств; ИС устройств ввода — вывода инфор­мации в микропроцессор; ИС для связи микро-ЭВМ с объ­ектами управления.

Обмен информацией между микропроцессо­ром и остальными блоками микро-ЭВМ осуществляется по трем магистралям: адресной, данных и управляющей.

Магистраль адреса (MA) служит для передачи кода адреса, по которому проводится обращение к устройствам памяти, ввода-вывода или другим внешним устройствам, под­ключенным к микропроцессору.

Обрабатываемая инфор­мация и результаты вычислений передаются по магистрали данных (МД).

Магистраль управления (МУ) передает уп­равляющие сигналы на все блоки микро-ЭВМ, настраивая на нужный режим устройства, участвующие в выполняе­мой команде.

Использование в микро-ЭВМ большого числа магист­ралей, в данном примере трех типов, обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычисления. Возмож­но построение микро-ЭВМ с одной или двумя магистраля­ми, по которым последовательно передаются код адреса и обрабатываемая информация, при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена информацией между узлами.

Структура микро-ЭВМ определяется архитектурой ми­кропроцессора, составом входящих в МП БИС функцио­нальных узлов, количеством внешних магистралей и орга­низацией обмена информацией.

Микропроцессоры на одном кристалле — однокристаль­ные МП — отличаются фиксированной разрядностью и фиксированной системой команд. Функциональная закон­ченность однокристальных МП требует разместить в одном кристалле блоки дешифратора команд и устройства управ­ления, арифметическо-логический блок, устройства управ­ления внешним обменом, каскады согласования внутрен­них и внешних сигналов.

Многокристальные МП строятся на основе совокупности БИС, представляющих собой МПК. Каждая БИС, входящая в МПК, позволяет реализо­вать узел или функциональный блок узла МП. Наиболее характерными узлами МП являются арифме­тическо-логический блок (АЛБ), составляющий основу операционного устройства, и устройство управления (УУ).

Арифметическо-логический блок предназначен для обработки информации в соответствии с поступающим на него управляющим кодом. Выполняемые в АЛБ операции могут быть разделены на три группы: арифметические, сдвига, логические и пересылок.

В качестве арифметических операций обычно исполь­зуются операции: сложения и вычитания двух кодов; сло­жения и вычитания единицы; сложения и вычитания с со­держимым признака операции.

К операциям сдвига отно­сятся операции арифметического, логического и циклического сдвигов вправо и влево содержимого регистров АЛБ.

Логические операции и операции пересылок обеспечивают выполнение основных логических функций (сложение, ум­ножение) над содержимым регистров и пересылки содер­жимого между регистрами и между регистрами и внешни­ми магистралями.

Устройство управления формирует управляющие си­гналы на все блоки микро-ЭВМ, синхронизируя их работу, и обеспечивает выборку команд из памяти в соответствии с заложенным алгоритмом.

Рассмотрим несколько подробней функционирование отдельных блоков микроЭВМ.

Операционное устройство МП, предназначенное для выполнения операций над операндами в соответствии с ко­дом выполняемой команды (арифметической, логической, сдвига или пересылочной), обычно включает в себя АЛБ, блоки регистров общего назначения (РОН), блок форми­рования состояния регистра условий, блок местного управ­ления.

Арифметическо-логический блок непосредственно вы­полняет микрооперацию над исходными операндами.

Блок РОН обеспечивает хранение операндов и проме­жуточных результатов вычислений, характеризуется ма­лым временем обращения и ограниченным количеством регистров.

Блок формирования состояний регистра условий запи­сывает в регистр условий двоичный код, характеризую­щий арифметические и логические признаки результата операции АЛБ. Содержимое регистра признаков может быть использовано устройством управления для форми­рования условных переходов по результатам операций АЛБ.

Блок местного управления обеспечивает выполнение те­кущей микрокоманды и управляет в соответствии с кодом микрокоманды всеми блоками операционного устройства.

Структура операционного устройства зависит от коли­чества внешних магистралей и организации обмена инфор­мации по ним, а также от организации внутренних магист­ралей и порядка обмена информации между блоками опе­рационного устройства.

Операционные устройства, реализованные в составе однокристальных МП БИС, отличаются фиксированной разрядностью и системой команд. Ограничения по числу информационных магистралей и внешних контактов при­водят к необходимости организовать последовательный вид передачи информации, при котором по одной инфор­мационной магистрали последовательно осуществляется обмен информацией между всеми внутренними узлами БИС и внешними магистралями.

Однокристальные МП БИС не позволяют строить вы­сокопроизводительные микропроцессорные системы с параллельной обработкой информации. Время выполнения команд колеблется от 2 до 10 мкс. Однокристальные МП БИС эффективно применяют в устройствах, не тре­бующих высокого быстродействия и имеющих ограничения по объему аппаратуры и ее стоимости. Они реализованы в сериях К580 и К586 МП БИС, содержащих наряду с мик­ропроцессорами ряд вспомогательных БИС для построе­ния микро-ЭВМ.

Устройство управления микро-ЭВМ, обеспечивает выпол­нение последовательности микроопераций в соответствии с кодом текущей команды и организует выборку команд программы в соответствии с выполняемой программой. Использование микропрограммирования в реализации уст­ройства управления позволяет создавать его на регуляр­ных структурах, допускающих легко вносить измене­ния в формируемую последовательность управляющих си­гналов.

Представленная на рис. 2 обобщенная схема устрой­ства микропрограммного управления содержит: блок мик­ропрограммной памяти, в котором хранятся микрокоман­ды; блок генерации адреса микрокоманды, формирующий адрес очередной микрокоманды, который в общем случае зависит от кода выполняемой микрокоманды, кодов при­знаков выполняемых в АЛБ операций, информации блоков синхронизации и прерывания процессора; блок синхрони­зации, предназначенный для приема управляющих сигна­лов и формирования последовательности синхросигналов для основных блоков микро-ЭВМ для обеспечения опреде­ленной последовательности их работы; дешифратор микрокоманд, формирующий управляющие сигналы, посту­пающие в исполнительные блоки микро-ЭВМ.

Наиболее распространены варианты реализации уст­ройств управления с использованием в качестве микропро­граммной памяти постоянного ЗУ (ПЗУ) или перепрограм­мируемого ЗУ (ППЗУ) и устройства управления на базе программируемой логической матрицы (ПЛМ).

Рис 2. Обобщенная схема устройства управления.

В первом случае блок памяти микрокоманд выполняют на базе стандартных БИС памяти типа ПЗУ, ППЗУ. Ос­тальные блоки устройства управления объединяют в от­дельную БИС или исполняют в виде отдельных узлов на схемах средней интеграции. В устройстве управления на базе ПЛМ все блоки объединяют в одну БИС, представ­ляющую собой фактически законченный цифровой авто­мат, закон функционирования которого определяется ком­мутацией внутренних магистралей матрицы.

Устройства управления на ПЛМ. Вэтих устройствах в отличие от рассмотренных схем совмещены функции узла генерации адреса микрокоманды с памятью микро­программы. Рассмотрим схему такого устройства на примере МПК серии К587 (рис. 3, б).

Рис. 3. Схемы БИС серии К1804 (а) и серии К587 РП1 (б).

 

Структура устройства содержит память микропрограмм типа ПЛМ, регистр команд РгК, регистр кода условий РгКУ, регистр следующего адреса РгА и регистр призна­ков управления РгУ.

Регистр признаков управления содержит маски на сигнал записи в регистр команд, регистр следующего адреса и регистр кода условий. Часть сигналов с выхода ПЛМ выводится для управления операционной частью как микрокоманда, а другая часть выходных сигналов ПЛМ не выводится из корпуса БИС и используется для формирования следующего адреса и кода регистра управ­ления. Программируемая логическая матрица позволяет анализировать большое число разрядов, что исключает необходимость в управляемых мультиплексорах. Совокуп­ность всех разрядов РгК, РгКУ и РгА используется как полное адресное слово для ПЛМ.

Регистр команды служит для приема кода команды, задающего устройству управления программу выборки последовательности кодов микрокоманд, выполняя кото­рые микропроцессор реализует алгоритм данной команды. Для этого один из выходов ПЛМ программируется на выработку разрешения на прием новой команды. Выборка той или иной микрокоманды в процессе выполне­ния алгоритма какой-либо команды микропроцессора не всегда является строго заданной, а может зависеть от условий — результатов операций, зафиксированных в регистре условий.

Регистр адреса является главным задающим звеном при выборке последующей микрокоманды. Разрядность п регистра адреса позволяет устройству управления созда­вать 2" устойчивых состояний без смены кода команды и кода условий.

Способность ПЛМ порождать новые информационные состояния комбинацией имеющихся закодированных состояний, путем их простого объединения, расширяет

логические возможности ПЛМ как цифрового автомата. Рассмотренное устройство не содержит стековой памяти и, следовательно, не предусматривает модульного програм­мирования. Из рассмотренных устройств на структуру микро-ЭВМ в наибольшей степени влияет вариант реали­зации устройства управления. Можно выделить три наиболее характерных варианта: реализация в однокри­стальном процессоре, объединяющем в себе операцион­ную часть и устройство управления; реализация устрой­ства управления в виде микропрограммного автомата с использованием ПЗУ и ППЗУ для записи микрокоманд; реализация устройства управления на основе ПЛМ.

В микропроцессорных комплектах серий К587, К588, К1883 устройства управления реализованы на основе ПЛМ. Микропроцессорные комплекты серий К580, К.1801, К1810, К1816, К1820 содержат в своем составе БИС, в которой реализованы центральный процессор и устройство управления с фиксированной структурой и системой команд. В МПК серий К583, К589, КР1800, КР1802, КР1804 устройство управления строится в виде микро­программного автомата на базе входящих в эти комплекты БИС, что позволяет потребителю реализовать на их основе необходимую ему систему команд. Микропроцес­сорные комплекты серий К536, К581 предназначены для построения микро-ЭВМ семейства «Электроника С» и «Электроника-60».

Микропроцессорные комплекты серии К1801 включают в себя однокристальный МП К1801ВМ1, реализующий в себе процессор и устройство управления с системой команд микро-ЭВМ «Электроника-60», и ряда БИС для построения одноплатных микро-ЭВМ. По своим техниче­ским характеристикам МПК серий К580, К1816, К1810, К1820, содержащие однокристальные МП, целесообразно применять для получения устройств цифровой автоматики, простейших контроллеров, а также использовать для построения микро- и мини-ЭВМ различного назначения.

Микропроцессорные комплекты серий К583, К584, К587, К588 предназначены для построения микро-ЭВМ и слож­ных контроллеров. Благодаря секционной организации, развитой системе магистралей, микропрограммируемости управляющих функций они могут служить основой для построения различных управляющих систем. Малое энергопотребление и высокая помехоустойчивость МПК серий К587 и К588 позволяют проектировать на их основе системы числового программного управления технологическим оборудованием и устройства с ограничениями по потребляемой энергии.

Быстродействующие МП К серий К589, KР1802, КР1804 предназначены для построения микро-ЭВМ и систем быстродействующей автоматики, совместимы по уровням сигналов и могут дополнять друг друга. Микропроцессор­ные комплекты серий КР1802 и К1804 отличаются подхо­дом к формированию модулей. В МПК КР1804 4-разряд­ные микропроцессорные БИС содержат все элементы микропроцессора. В МПК серии КР1802 в БИС выпол­няются отдельные функциональные узлы МП (БИС 8-раз­рядного АЛ Б, БИС 16 4-разрядных РОН, БИС 16-разряд­ного арифметического расширителя и т.д.). Отличие по составу модулей рассмотренных МПК позволяет приме­нить для различных областей наиболее подходящий из них по функциональному разбиению. Микропроцессорный комплект серии КР1800 обладает сверхвысоким быстродействием (частота тактовых сигна­лов 36 МГц) и ориентирован на построение вычислитель­ных средств с высокой производительностью.

 

ВТОРОЙ ВОПРОС

На рис. 4 приведена в качестве примера структу­ра микроЭВМ, реализованной на базе микропроцес­сорного комплекта КР580. Шестнадцатиразрядная шина адреса (ША) и 8-разрядная шина данных (ШД) и управления образуют интерфейс между микропро­цессором (МП), с одной стороны, и ПЗУ, ОЗУ и интер­фейсными устройствами ввода — вывода (ИУВВ) — с другой. Выделение отдельных шин для всех управля­ющих сигналов, адресной информации и данных упрощает организацию обмена информацией между отдельными компонентами и уменьшает время вы­полнения команд в микроЭВМ. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) формирует сигналы, необходимые для работы МП.

Рис. 4. Структура микроЭВМ с раздельными шинами данных и адреса.

 

Использование одной шины умень­шает число внешних выводов БИС микропроцессорно­го комплекта, однако приводит к временному разделению передачи адресов и данных, т. е. к снижению скорости обмена информацией между процессором и адресуемыми устройствами, а также к необходимо­сти применения внешних регистров адреса (РгА).

 

 

ТРЕТИЙ ВОПРОС

Представленная на рис. 5 схема иллюстрирует на примере микропроцессорного комплекта К588 орга­низацию микроЭВМ с мультиплексированной шиной адреса и данных.

Такие микропрограммируемые микроЭВМ, как правило, требуют разработки двухуровневого управления - микропро­граммного и программного. Это позволяет иметь про­извольную систему команд, однако усложняет микро-ЭВМ.

Нормальное функционирование микроЭВМ можно обеспечить лишь при правильном временном соотношении сигналов, определяющих взаимодействие ее компонентов. Поэтому значительную часть техничес­ких параметров компонентов МПК составляют раз­личные временные ограничения.

 

Рис. 5. Структура микроЭВМ с мультиплексирован­ной шиной данных и адреса.

 

Первичный источник временных сигналов в микро­ЭВМ – генератор тактовых импульсов, вырабатываю­щий одно-, двух-, трех- или четырехфазную последова­тельность импульсов. К параметрам тактовых импуль­сов предъявляются достаточно жесткие требования, включающие минимальную и максимальную частоты импульсов, максимальные времена фронта и среза импульсов, допуски на низкий и высокий уровни напряжения импульсов, допуски на длительность так­товых импульсов, временные соотношения между так­товыми импульсами различных фаз. Несоблюдение требований к тактовым импульсам может привести к неправильному выполнению операций, поскольку выполнение каждой операции складывается из после­довательности действий, каждое из которых имеет вполне определенную длительность. Частота генерато­ра тактовых импульсов обычно стабилизируется квар­цем и реализуется в виде отдельного компонента микропроцессорного комплекта или на кристалле мик­ропроцессора (как это сделано в микропроцессорном комплекте К588).

Тактовые импульсы от генератора начинают посту­пать на микропроцессор сразу после включения источ­ника питания, но запуск микропроцессора осуществля­ется только по сигналу начальной установки, подавае­мому на специальный его вход. По этому сигналу в программный счетчик записывается определенный адрес, с которого микропроцессор начинает выборку команд программы. Кроме того, в некоторых микро­процессорах по сигналу начальной установки произво­дится сброс в нуль нескольких внутренних регистров.

Простейшие способы формирования сигнала на­чальной установки: а) использование генератора оди­ночных импульсов, запускаемого, например, от кноп­ки; б) формирование импульса начальной установки по включению питания с задержкой на время, необхо­димое для установки номинального значения напря­жения питания после включения источника.

Серьезные ограничения накладываются на времен­ные параметры сигналов, обеспечивающих взаимо­действие компонентов микроЭВМ. Пока быстродейст­вие компонентов достаточно для правильной реакции на все сигналы микропроцессора, что обычно выпол­няется в микроЭВМ с небольшим числом компонентов одного микропроцессорного комплекта, никаких про­блем по временному сопряжению компонентов не возникает. Усложнение схемы адресации, увеличение емкости памяти, использование компонентов других микропроцессорных комплектов могут привести к не­соблюдению некоторых обязательных временных соот­ношений и, следовательно, к неправильной работе мик­роЭВМ.

 

Литература:

1. М.В. Напрасник «Микропроцессоры и микроЭВМ», стр.: 81-84.

2. Л.Н. Преснухин «Микропроцессоры», ч. 1, стр.: 140-162.

 

 

ЗАНЯТИЕ 3.1.2 Структурная схема, характеристики и основная элементная база

микроЭВМ «МС1201.01».

 

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Назначение, характеристики микроЭВМ «МС1201.01».

2. Структурная схема, состав и элементная база микроЭВМ «МС1201.01».

3. Система команд, режимы адресации и особенности работы микроЭВМ «МС1201.01».

 

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

МикроЭВМ «МС1201.01» представляет собой печатную плату, предназначенную для встраивания в аппаратуру потребителя и выполнения в составе этой аппаратуры функций ввода, хранения, обработки и вывода цифровой информации.

Модификации микроЭВМ различаются типом МП, числом команд, емкостью ОЗУ и быстродействием, но имеют один основной конструктив.

 

Характеристика	Модификации
МС1201	МС1201.01	МС1201.02	МС1201.03
Тип МП Число команд Емкость ОЗУ, Кбайт	К1801ВМ1	К1801ВМ1	К1801ВМ2	К1801ВМ3

МикроЭВМ может применятся в составе технологического оборудования (системы ЧПУ 2Р22 и Контур-1); в контрольно-измерительных и испытательных комплексах; в системах обработки цифровой информации общего назначения.

Во всех возможных применениях микроЭВМ решает одни и теже задачи: ввод, хранение, обработка и вывод информации.

Основные характеристики:

- система счисления для чисел и команд – двоичная;

- основной формат представления чисел и команд – 16 двоичных разрядов;

- принцип работы основных устройств – параллельный;

- быстродействие при выполнении команд типа «СЛОЖЕНИЕ»

- при регистровом методе адресации 400 ± 100 тыс. оп/с;

- при косвенно-регистровом методе адресации 180 ± 40 тыс. оп/с;

- число РОН – 8;

- системный канал микроЭВМ позволяет прямо адресоваться в области памяти

64 КБайта;

- емкость ОЗУ 28 Кбайт 16-разрядных слов;

- емкость системного ПЗУ 4 КБайта слов;

- питание осуществляется от внешних источников постоянного тока с

номинальным значением напряжения +5 В (+5 В и +12 В для МС1201), ток не

более 2,4 А, потребляющая мощность не более 12,6 Вт;

- наработка микроЭВМ на отказ – не менее 10 000 часов, на сбой – не менее

500 часов;

- срок службы – не менее 10 лет;

- габаритные размеры 252×296×12 мм, масса не более 0,8 кг;

- в качестве базового программного обеспечения микроЭВМ приняты: тест

мониторная операционная система (ТМОС); операционная система с

разделением времени (ОС ДВК).

ВТОРОЙ ВОПРОС

МикроЭВМ «МС1201.01» состоит из следующих основных и вспомогательных функциональных блоков и узлов.

Основные:

- процессор (ПРЦ);

- ОЗУ;

- системное ПЗУ (СПЗУ);

- устройство байтового параллельного интерфейса (УБПИ);

- устройство последовательного ввода-вывода (УПВВ);

- устройство интерфейса накопителя на гибких магнитных дисках (УИ ГМД);

- контролирующее устройство для ПЗУ пользователя (КУ ПЗУ);

- регистр режима начального пуска (РНП);

- узел оптоэлектронной развязки сигналов (УОР).

Вспомогательные:

- корректор сигналов управления канала (КСК);

- генератор тактовых импульсов (ГТИ-1, ГТИ-2);

- преобразователь напряжения (ПН-5 В);

- приемо-передатчики сигналов (ПП1…ПП4);

- блок управления приемо-передатчиками сигналов канала (БУПП)

МикроЭВМ представляет собой систему функциональных блоков, связь между которыми осуществляется через единый системный канал (типа «Общая шина») обмена информацией с мультиплексированием шин адреса и данных.

Элементная база микроЭВМ построена на ИМС серий К1801 (8 штук), К531 (15 штук), К155 (23 штуки), К555, КР565 (32 штуки). Основу элементной базы составляют микросхемы серии К1801, выполненные по n-канальной МОП технологии.

На ИМС К1801 построен микропроцессор, К1801РЕ1 представляет собой системное ПЗУ, К1801ВП1-030 устройство управления ОЗУ, К1801ВП1-031 устройство управления байтового параллельного интерфейса, К1801ВП1-034 устройство передачи информации УБПИ, К1801ВП1-035 УПВВ, К1801ВП1-033 устройство управления интерфейса НГМД.

На микросхемах серии К531 в основном построены приемо-передатчики сигналов канала, а ИМС К555 – представляет собой усилитель сигналов.

Интегральные микросхемы серии КР565РУ3 (РУ6 – МС1201.01 и МС1201.02) образуют накопитель ОЗУ динамического типа, полная емкость накопителя 32 КБайта 16-разрядных слов или 8 банков памяти по 4 КБайта в каждом. Для пользователя доступны лишь 7 банков памяти, т.е. 28 Кбайт слов. ОЗУ состоит из накопителя информации (Н ОЗУ), устройства управления ОЗУ (У ОЗУ), буферного регистра данных(БРД), переключателя банков П3 на рисунке 2 (БВБ на схеме 1).

Системное ПЗУ предназначено для хранения программ пульта начального загрузчика с НГМД и резидентного проверяющего теста.

Имеется возможность установки дополнительной микросхемы ПЗУ объемом 4 КБайта 16-разрядных слов в контактирующее устройство (рис. 2), расположенное на плате.

Переключатели П1 и П2 (рис. 2) служат для задания режимов начального пуска, адресов регистров и векторов прерываний внешних устройств.

Разъем Р1 служит для подключения внешнего устройства к последовательному каналу ввода-вывода, а разъем Р2 – для подключения устройств к байтовому параллельному каналу ввода-вывода, а также для подключения НГМД.

Унификация по конструктивному исполнению, системе команд, интерфейсу канала с ЭВМ типа «Электроника-60», позволяет наращивать технические возможности микроЭВМ за счет подключения через канал дополнительных типовых функциональных устройств, а также унифицированных устройств, разработанных пользователем.

Рис. 1. Структурная схема микроЭВМ «МС1201.01»

 

Рис. 2. Схема расположения основных устройств

на плате микро-ЭВМ «Электро­ника МС1201.01 (02)»

ТРЕТИЙ ВОПРОС

В микроЭВМ «МС1201.01» применяются следующие режимы адресации: регистровый, косвенно-регистровый, автоинкрементный, косвенно-автоинкрементный, автодекрементный, косвенно-автодекрементный, индексный и косвенно-индексный.

МикроЭВМ использует следующие типы команд: безадресные, одноадресные и двухадресные.

Связь между устройствами, подключенными к каналу микроЭВМ осуществляется по принципу «активный – пассивный».

В любой момент времени только одно устройство является активным и управляет циклами обмена информацией в канале. Передача информации осуществляется по асинхронному принципу при помощи специальных сигналов синхронизации К ВВОД Н; К ВЫВОД Н; К СИП Н; К СИА Н, т.е. на инициирующий обмен данными сигнал от активного устройства должен поступить ответный сигнал от пассивного устройства.

В микроЭВМ установлены следующие приоритеты обслуживания прерываний между интерфейсными устройствами ввода-вывода информации:

1 – от УПВВ.

2 – от УИ ГМД.

3 – от УБПИ.

Устройства прямого доступа к памяти в составе микроЭВМ нет. РОН процессора (R0 – R7) могут служить в качестве накопительных регистров, индексных регистров, регистров автоинкрементной и автодекрементной адресации и других целей. Кроме того R6 выполняет функцию регистра указателя стека (РУС), а R7 функции регистра счетчика команд (РСК). Формат регистров 16 двоичных разрядов, при байтовых операциях используются 8 младших разрядов регистров.

В связи с необходимостью более глубокого знания функционирования микроЭВМ МС1201, так как на ее базе построено две системы ЧПУ – 2Р22 и Контур – 1, рассмотрим более подробно некоторые вопросы ее функционирования.

Структура микро-ЭВМ с общей магистралью.В основу организации микро-ЭВМ «Электроника МС 1201.01» поло­жен принцип связи между устройствами с помощью одной общей магистрали (рис. 3). Для каждого устройства, подсоединенного к общей магистрали, вид связи одинаков. Процессор П использует один и тот же набор сигналов как для связи с ячейками оперативной памяти ОП, так и для связи с периферийными устройствами. Каждой ячейке памяти, регистрам процессора и регистрам периферийных устройств присваивается определенный адрес магистрали Благодаря такой структуре все команды для данных, хранящихся в оперативной памяти ОП, в равной мере могут использоваться и для данных в регистрах перифе­рийных устройств. Этот принцип — весьма существенная особенность микро-ЭВМ с общей магистралью, так как одно и то же множество команд можно применять как для вычислений, так и для управления вводом — выводом Специальные команды ввода — вывода становятся ненуж­ными, и ввод — вывод информации может быть совмещен с ее обработкой. Благодаря двунаправленным и асинхронным передачам устройства могут посылать, принимать и обмениваться данными между собой. Организация работы общей магистрали по асинхронному принципу «запрос — ответ» позволяет согласовать работу устройств, работающих в самом широком диапазоне частот.

 

Рис. 3. Структура микро-ЭВМ с общей магистралью.

 

Связь между устройствами, соединенными общей магистралью, осуществляется по принципу «задатчик — исполнитель». В любой момент времени имеется только одно устройство, которое управляет магистралью и носит название «задатчик». Это устройство управляет работой магистрали при осуществлении связи с другим устрой­ством, соединенным с магистралью и именуемым «прием­ником». Типичным примером этого соотношения является процессор П, служащий в качестве задающего устройства и выбирающий команду из оперативной памяти ОП (па­мять всегда исполняющее устройство). Задающим устрой­ством, например, может быть накопитель на магнитном диске (НМД), передающий данные в ОП. Таким образом, связь между устройствами — динамическая.

Общая магистраль используется процессором П и всеми устройствами ввода-вывода УВВ. Какое устрой­ство принимает на себя управление магистралью, опреде­ляет система приоритета. Таким образом, каждое устрой­ство, подсоединенное к магистрали и способное стать задатчиком, имеет присвоенный ему приоритет.

В рассматриваемой микро-ЭВМ имеется одна линия приоритетных прерываний. В том случае, когда два (или более) устройства, которые способны стать управляющими устройствами для магистрали, одновременно посылают запросы на использование магистрали, управление пере­дается тому устройству, электрическое соединение кото­рого находится ближе к процессору.

Обмен данными между устройствами, подключенными к магистрали, может осуществляться в режимах:

1) прог­раммном;

2) по прерыванию;

3) прямого доступа к памяти (ПДП).

Программный режим — наиболее универсальный. По инициативе и под управлением программы между задаю­щим и приемным устройствами могут пересылаться полные 16-разрядные слова или 8-разрядные байты информации. Информацией могут быть команды, адреса или данные. Обычно процессор, как задающее устройство, выбирает команды из памяти и операнды из памяти или регистров, а после выполнения команд засылает результаты в память или регистры.

В режиме работы по прерыванию обмен данными происходит по требованию периферийного устройства. При этом процессор приостанавливает выполнение текущей программы, чтобы обслужить запрашивающее устройство. После завершения выполнения программы обслуживания процессор возобновляет выполнение прерванной прог­раммы с того места, где она была прервана. Поскольку в общем случае процессор способен выполнить от десятка до тысячи команд в течение промежутка времени между двумя последовательными передачами данных от устрой­ства ввода — вывода, экономически нецелесообразно вынуждать простаивать его в течение этого времени. Передача данных по прерыванию позволяет процессору работать одновременно с процессом ввода — вывода и получать информацию о моменте его завершения.

В режиме прямого доступа к памяти (ПДП) обмен данными осуществляется без программного управления со стороны процессора и является самым быстрым способом передачи данных между памятью и внешним устройством. Адресацию и управление размерами передаваемого мас­сива должно обеспечить устройство, получившее прямой доступ к памяти. Обычно режим ПДП используется при обмене массивами данных между накопителями на маг­нитных дисках или лентах (НМД или НМЛ) и оператив­ной памятью.

Рабочими циклами магистрали при взаимодействии с процессором являются: «Чтение» — перенос слова данных от внешнего устройства в процессор; «Запись» — перенос слова или байта данных из процессора во внешнее уст­ройство; «Чтение модификация — запись» — перенос слова данных от внешнего устройства в процессор, за которым следует запись слова (байта) данных из процес­сора во внешнее устройство.

Для каждой команды процессора требуется один или несколько рабочих циклов магистрали. В первую очередь выполняется цикл «Чтение», при котором команда выби­рается из ячейки памяти (адрес ячейки задан счетчиком команд). Если больше нет операндов, для которых необхо­димо обращение к памяти или регистрам устройств ввода — вывода, то для выполнения команды никаких дополнительных рабочих циклов не требуется. Однако если необходимо обращение к памяти или к внешнему устрой­ству, то требуется один (или больше) дополнительный рабочий цикл.

Следует обратить внимание на разницу между прерываниями и операциями прямого доступа к памяти. Преры­вания изменяют состояние процессора и поэтому могут иметь место только в промежутках между командами процессора. Операции прямого доступа к памяти могут выполняться внутри исполнения команды в перерывах между отдельными рабочими циклами магистрали, поскольку эти операции не изменяют состояния процес­сора.

Цикл магистрали «Чтение — модификация — запись» — примечательная особенность ЭВМ. По этому циклу проис­ходят считывание данных из адресуемой ячейки памяти, модификация этих данных (т. е. выполнение операции арифметическо-логическим устройством) и запись в ту же ячейку памяти без повторения адреса ячейки. Исключение повторной выдачи адреса ячейки памяти на магистраль приводит к экономии времени и, как следствие, к ув